быть применена в различных условиях (при различных мощ ностях пласта, различной скорости подвигания забоя очистной выработки и т. д.)
М. А. Кузнецов, основываясь на данных наблюдений на шахтах Ленинского района в Кузбассе, предложил (для усло вий пологого залегания) формулу
воти |
(22) |
|
н ' |
||
|
||
где К —'максимальная скорость оседаний в |
сутки, мм; |
|
т — мощность пласта, м; |
|
|
U — скорость подвигания линии забоя |
в месяц, м ; |
Н - глубина разработки, м.
Формула показала хорошую сходимость с данными наблю дений. Ее недостатками являются применимость только в усло виях пологого залегания пластов и недостаточная обоснован ность функциональной зависимости между V и U.
Влияние угла падения на величину V весьма значительно. Фактические наблюдения отчетливо фиксируют резкое убы вание V с увеличением угла падения пластов.
Не лишено оснований считать, что скорость по направ
лению полного вектора смещения точки является |
величиной, |
|
практически не зависящей от угла падения. |
|
|
На этом основании можно согласиться с И. А. Петуховым, |
||
который полагает |
|
|
|
V = V' cos а, |
(23) |
где V — вертикальная |
составляющая максимальной скорости |
|
оседаний; |
|
|
V' — максимальная |
скорость сдвижения по вектору пол |
|
ного смещения точки (направление вектора |
принимает |
|
ся перпендикулярным плоскости пласта); |
|
|
а — угол падения пласта.
На основании формулы (23) И. А. Петухов следующее соотношение:
9 Ш |
COS (*2 |
V, |
1 COS ах * |
рекомендует
(24)
где V2 — максимальная скорость |
оседаний |
при угле |
падения |
пласта аа (при прочих равных условиях); |
|
||
V\ — то же, при угле падения |
а5. |
|
|
Приведенные формулы не являются достаточно универ |
|||
сальными, так как позволяют каждый раз |
учитывать |
влияние |
|
лишь части факторов. Можно предложить |
более универсаль- |
||
196
ную формулу в первом приближении, учитывающую влияние всех главнейших факторов,
|
|
HiUjflo (2) C0S g2 |
(25) |
|
|
У*-Уг Н 2^1 "ПО(1) C0S ®1 |
|||
|
|
|||
или (в случае, когда |
неизвестно |
^о) |
|
|
|
* г |
I г Н 1 |
2 C O S Otg |
(26)1 |
|
2 |
^H^UiTtii cos ctj * |
||
|
|
|||
где Ka — иск шая максимальная |
скорость оседаний |
при мощ |
||
ности пласта т2, глубине разработок Н2, скорости |
||||
подвигания |
забоя выработки U2, угле падения |
пласта |
||
и величине наибольшего оседания поверхности Щ2)1
—известная (по данным наблюдений) максимальная ско рость оседаний при mltHv Uv аь щц. Эта скорость может быть задана применительно к отдельным типам месторождений или определена по данным наблюдений.
•»)0[о)
В приведенной формуле соотношение —^ учитывает вли- ^о(1 )
яние размеров выработки, характера пород и степени нару-
шенности их. |
формул типа (22), предлагаемые |
формулы |
||||
В отличие от |
||||||
(25—26) должны |
давать |
более точные |
результаты, |
так |
как |
в |
них входят не абсолютные значения |
параметров |
(т, |
Я, |
а |
||
ит. д.), а их соотношения. Таким образом, в основу |
Э1их |
фор |
||||
мул положен |
принцип, |
аналогичный |
принципу, |
принятому |
||
нами при определении величины наибольшего оседания по верхности Т}0.
§ П. О РАСЧЕТЕ СДВИЖЕНИИ
Как уже указывалось выше, вопросы выемки угля под сооружениями и водоемами не всегда могут быть решены на основе существующих правил охраны сооружений от вред ного влияния горных разработок.
Приближенный характер задаваемых Правилами безопасных глубин в ряде случаев препятствует решению этих вопросов и заставляет прибегать к предварительному расчету сдвижений горных пород.
В свою очередь успешное применение расчета предпола гает:
1)умение определять величины возможных деформаций и
распределение их в мульде сдвижений;
1 Аналогичное выражение можно написать для максимальной горизон тальной составляющей скорости сдвижений (заменив косинусы а синусами а).
197
2) установление взаимосвязи деформаций сооружений и грунта, а также критических деформаций, допустимых для сооружений различного вида и назначения.
Накопление деформаций, вызываемое сдвижением горных пород, в некоторых сооружениях может быть предотвращено
в процессе подработки. |
Для |
таких |
сооружений |
(железные |
||
дороги |
и др.) большое |
значение |
имеет скорость |
проте |
||
кания сдвижений. Знание |
этой |
скорости и возможность |
про |
|||
ведения |
ремонта в сроки, |
согласованные со |
скоростью |
|||
сдвижений, позволяет безболезненно подрабатывать указанные сооружения даже при значительных конечных деформациях грунта.
Для водных объектов решающее значение имеет не общая величина и скорость возможных сдвижений, а наличие усло вий, способствующих или исключающих образование водопро водящих трещин в надугольной толще.
В настоящее время критические деформации, взаимосвязь деформаций сооружений и грунта, а также условия образо вания Еодопроводящих трещин изучены недостаточно, что мешает широкому применению расчета.
Очень часто заключения специалистов, даваемые на основе расчета, недостаточно определенны. Избежать этого невоз можно без более глубокого и всестороннего изучения крити ческих деформаций и взаимосвязи деформаций сооружений с деформациями грунта. В настоящее время в этом направлении проводятся работы, однако они еще далеки до своего завер шения.
Вторым препятствием на пути применения расчета сдви жений является недостаточная разработанность методики рас чета. Мы все еще не располагаем окончательно разработан ной теорией сдвижения горных пород и вытекающим из нее универсальным и надежным методом расчета.
Такое положение объясняется сложностью явления сдви- ж( ния горных пород и трудностью изучения физико-механиче ских свойств горного массива.
Выше мы уже указывали на специфический характер про цесса сдвижения горных пород как явления физически неодно родного. Так, с точки зрения характера деформаций и воз можности приложения какой-нибудь частной теории деформи рования нельзя считать однородными краевые и центральную часть мульды, зону беспорядочного обрушения пород, зону чистых прогибов и т. п.
Эти участки и зоны характеризуются различным соотно шением сил трения и сцепления, различным характером про явления сдвижений.
Такую же неоднородность явления мы будем наблюдать, рассматривая различные условия разработки и различные стадии протекания процесса.
193
На первой стадии процесса или при малых сдвижениях (например, в условиях применения закладки) деформации по род происходят в среде, характеризующейся наличием значи тельных сил сцепления, тогда как в последующие стадии или при значительном прогибе и разрушении пород свойства среды и природа деформаций резко изменяются.
При изучении рассматриваемой проблемы возникали пред ложения, основанные на представлении о сдвигающемся мас сиве как сыпучей, упругой или пластической среде.
В этих предложениях не учитывался в полном объеме особый характер явления сдвижений горных пород и поэтому они оказались односторонними, а в практическом отношении пока недостаточно эффективными.
Такое положение обусловило невольно сложившееся, в значительной степени независимое от теоретической основы, развитие методов предрасчета сдвижений. Последние в совре менном их виде в основном являются эмпирическими или построены на некоторых частных теоретических положениях. Они не вытекают непосредственно из какой-нибудь теории деформирования или движения пород.
В значительной мере это относится и к наиболее строгим методам. Здесь основные исходные величины определяются эмпирически, а не расчетом по физическим или структурным константам массива. Например, величина наибольшего осе дания поверхности вычисляется по эмпирическим формулам, углы сдвижения принимаются по данным инструментальных наблюдений и т. д.
Приведенные высказывания относительно эмпирического характера существующих методов расчета не следует рас сматривать как отрицание полезности последних и необхо димости дальнейшей их разработки.
Эти высказывания вызваны недостаточно обоснованными утверждениями о наличии теории сдвижения горных пород, вытекающей из математической теории пластичности.
Такой теории мы пока еще не имеем. Поэтому в насто ящее время нельзя отказываться от развития уже существую щих инженерных методов расчета.
На этом пути благодаря усилиям коллектива сотрудников ВНИМИ, особенно в последние годы достигнуты заметные успехи.
Однако здесь мы имеем и некоторые недостатки. Так, в целом ряде случаев недооценивается полезность и необхо димость более широкого использования данных инструмен тальных наблюдений при получении параметров расчетных формул. Между тем частные теории деформирования, наблю дения на моделях и т. п. могут быть использованы главным образом при выявлении качественных связей. Получение на ос нове этих связей надежных количественных зависимостей
199
невозможно без использования материалов обычных и специ альных наблюдений (на профильных линиях с малыми интер валами между реперами, с тщательно проведенными изме рениями) и без привлечения для этой цели методов мате матической статистики [28].
В некоторых случаях отмечается излишнее упрощение задачи и недостаточный учет тех закономерностей, использо вание которых повышает точность расчетов. Так, наибольшее оседание поверхности иногда принимается в виде среднего по данным наблюдений, без учета характера горных пород, глу бины залегания и размеров выработки. Деформации поверх ности связываются не с величиной оседаний и размерами мульды, а с кратностью и т. п.
Нежелательным является также использование расчетных формул без учета их области применения. Как известно, задача расчета сдвижений не возникает в том случае, когда глубина разработок заведомо меньше безопасной и когда, следова
тельно, единственным способом охраны сооружений |
является |
||||||||||
оставление охранных целиков. Таким образом, |
следует |
при |
|||||||||
знать неправильным наблюдающееся |
стремление |
использовать |
|||||||||
при получении расчетных формул |
результаты любых наблю |
||||||||||
дений |
(полевых |
и |
на моделях), |
в том |
числе |
проведенных |
|||||
при малых глубинах |
разработки |
(при |
кратности менее |
50). |
|||||||
Экстраполяция этих |
данных на более |
значительные |
глубины |
||||||||
снижает точность и достоверность расчетных формул |
и |
гра |
|||||||||
фиков. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Существенными недостатками существующей методики рас |
|||||||||||
чета являются |
также: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1) невозможность определять сдвижения и деформации в |
|||||||||||
любой |
точке |
мульды. Имеющиеся |
формулы и графики рас |
||||||||
считаны главным образом на определение |
максимальных |
зна |
|||||||||
чений деформаций в главных сечениях мульды; |
|
горизон |
|||||||||
2) отсутствие |
надежных способов |
определения |
|||||||||
тальных сдвижений, а также горизонтальных деформаций (сжатий, растяжений);
3) ограничение расчетных методов определенными, сравни тельно простыми условиями (пологое и наклонное залегание, первичная подработка поверхности и т. д.).
Для уяснения состояния вопроса ниже приводятся краткие сведения о существующих способах расчета сдвижений и де формаций. При этом мы не останавливаемся на вопросе дей ствия различных деформаций поверхности на сооружения, так как этот вопрос достаточно хорошо не изучен, а элементар ные сведения по нему имеются в литературе [7], [8].
Не рассматривается также вопрос определения верти кальной составляющей сдвижения (который был особо рас смотрен в § 8 раздела II) и метод интегрирования скоростей сдвижения (частотные наблюдения), рекомендованный проф.
200